3.3. Максвелл-вагнеровская релаксация в магнитоэлектрических композиционных материалах

Феррит-пьезоэлектрический композиционный материал можно рассматривать как термодинамическую систему, которая в ответ на бесконечно малое изменение внешнего параметра может проходить через непрерывный ряд равновесных состояний. В ответ на конечное изменение внешнего параметра для установления термодинамического равновесия в материале необходимо время. Под релаксацией понимают самоподстройку термодинамической системы в ответ на изменение внешнего параметра [67]. В частном случае диэлектрической релаксации в качестве независимой переменной может выступать напряженность электрического поля, арелаксация проявляется как зависимое от времени установление равновесного значения электрической индукции [68, 69]. Анализу максвелл-вагнеровской релаксации упругих констант в слоистых полярных диэлектриках посвящена работа [70]. Внешнее проявление релаксации отражает подстройку внутренних параметров к новым равновесным значениям. Внутренним параметром при диэлектрической релаксации является диэлектрическая проницаемость.

В случае диэлектрической релаксации в условиях квазистатического эксперимента, когда напряженность электрического поля в течение необходимого промежутка времени (обычно нескольких секунд и более) поддерживается постоянной, возникает релаксация диэлектрической проницаемости и электрической индукции. Для получения информации о поведении системы за более короткое время удобны динамические эксперименты, в которых к материалу прикладывается периодически изменяющееся во времени с круговой частотой ω электрическое поле. При этом материал характеризуется зависящей от частоты комплексной диэлектрической проницаемостью

ε(ω) =ε'(ω) – i ε''(ω), (3.76)

где ε'(ω) – действительная часть (иногда называемая диэлектрической проницаемостью накопления), ε''(ω) – мнимая часть диэлектрической проницаемости, учитывающая потери энергии.

В качестве динамических функций отклика, которые позволяют описать частотную зависимость МЭ свойств композиционных феррит-пьезоэлектрических композитов, могут быть использованы МЭ восприимчивость и МЭ коэффициент по напряжению. При этом указанные величины в общем случае являются комплексными функциями частоты. Анализ частотной зависимости динамических функций отклика позволит: (1) найти частотный диапазон, в котором МЭ параметры материала являются максимальными, (2) уточнить физические характеристики композита, определяющие МЭ взаимодействие, и указать пути их оптимизации. В настоящей работе впервые изучаются релаксационные явления в композиционных феррит-пьезоэлектрических материалах.

Полученные в предыдущих разделах расчетные соотношения для эффективных параметров материала не учитывают их частотную зависимость.В то же время в таких структурах возникает объемно-зарядная (миграционная) поляризация, обусловленная накоплением электрических зарядов на границах раздела компонент композита.Поэтому приведенные выше расчетные формулы справедливы в сравнительно высокочастотной области, когда миграционная поляризация не успевает устанавливаться.Накопление свободных зарядов на поверхностях раздела компонентов приводит к диэлектрической дисперсии и потерям в переменных электрических полях, известных под названием максвелл-вагнеровская релаксация. Целью данного раздела работы является анализ максвелл-вагнеровской релаксации эффективных параметров феррит-пьезоэлектрических композиционных материалов.Основное внимание уделяется МЭ восприимчивости и МЭ коэффициенту по напряжению.

предыдущий раздел | содержание| следующий раздел